基于深度學習的高中生物學教學實踐

李楚明

摘要 以“遺傳規律的應用——雜交水稻”為例，介紹如何運用深度學習理念指導高中生物學教學。關鍵詞? 深度學習生物學教學遺傳規律

中圖分類號 G633.91????????????? 文獻標志碼 B

文件編號：1003-7586（2023）03-0052-03

為了落實立德樹人這一教育的根本任務，《普通高中生物學課程標準（2017年版）》明確提出，要以提高學生終生發展所需的核心素養為宗旨引領教學。深度學習的核心理念和價值追求契合以核心素養為目標的課程理念。深度學習是指在老師指導下，學生圍繞具挑戰性的學習主題，通過積極地探究實踐，深刻掌握學科核心知識，并運用該知識解決實際問題。深度學習主要特征有主題學習、情境學習、發展高階思維、關聯創新、合作交流等。

人教版普通高中教科書《生物學·必修2·遺傳與進化》中科學家訪談“畢生追求的‘禾下乘涼夢”是提高學生核心素養的良好題材，但由于學生還未學習遺傳規律，無法較好地理解雜交水稻育種過程的原理，因此難以實現深度學習。本研究通過調整教學順序，即先學習第一章遺傳規律，再組織以“雜交水稻的研發”為學習主題的復習課，既鞏固了遺傳規律核心知識，又遵循科學發展的順序，還更好理解雜交水稻育種原理和歷史意義，一舉三得。下文以“遺傳規律的應用——雜交水稻”為例，闡述如何基于深度學習理念組織教學，從而發展學生核心素養。

1 確立學習主題

確立一個具挑戰性的學習主題，統領課堂，對開展深度學習尤為重要。本節課以“雜交水稻的研發”為學習大主題，可分解為：雜交水稻育種原理和歷史意義、如何克服水稻雜交困難、了解三系雜交水稻原理、雜交水稻最近發展方向等小主題，通過探究實踐，學習核心知識，學以致用解決實際問題，提升學生的科學思維及核心素養。

2 凝練素養目標

教學目標引領教學任務和學生活動，教學設計為教學目標服務。確立本課的素養目標：（1）了解雜交水稻為保障我國和世界糧食安全作出的重要貢獻，增強民族自豪感。（2）遵循科學家研發雜交水稻的歷程，學會尊重事實與證據、運用科學思維解決實際問題。（3）通過學習水稻花的結構，知道“野敗”的價值，認識生物的多樣性與復雜性，形成結構與功能生命觀。（4）通過對育種相關的實驗方案設計、交流與討論，提高科學探究能力。

3 選擇情境素材

深度學習重視情境學習。有價值的情境素材應與學生思維發展相適應，與我國現況或學生現實生活相關聯，促使學生的思維品質和認知能力得以提升，最終使學生生物學學科核心素養的養成獲得質的飛躍。

3.1引入情景素材——視頻圖片等

教師展示以下素材：（1）展示我國曾因自然災害、生產科技落后食不果腹的艱難過去，了解雜交水稻的研發意義。（2）了解我國雜交水稻對幫助非洲等貧窮國家吃飽飯做出的貢獻。（3）2022年國際形勢劇變，俄烏戰爭爆發，加上原有的新冠疫情影響，世界糧價飆升，而中國糧價保持相對穩定。學生通過對上述資料素材的分析討論，了解雜交水稻為保障我國和世界糧食安全作出的重要貢獻，增強民族自豪感及大國擔當使命感。

3.2主題情景素材——視頻圖片題目等

本課以雜交水稻的研發歷程為主線，貫穿整課。體驗研發過程的困難和艱辛，學會尊重事實與證據，提升科學思維。教師繼續展示素材：（1）1961年袁隆平發現了雜交稻“鶴立雞群”，激發了研發雜交水稻的決心。（2）通過學習水稻花結構，了解找到雄性不育株必要性。（3）1970年“野敗”的發現，為三系雜交水稻研發打開重大的突破口。（4）三系雜交水稻“不育系”“恢復系”“保持系”的介紹。（5）近期雜交水稻主要研發項目——海水稻的介紹。

3.3問題情境素材——圖片、題目等

深度學習重視呈現問題情境，讓學生在前概念基礎上不斷探究，解決實際問題。通過第一章的學習，學生已具備一定遺傳規律知識，本課先呈現雜交水稻研發情境，學生習得雜交育種的概念和完成“鶴立雞群”是雜種的判斷，教師再呈現新問題情境，學生完成練習1，實現知識的遷移和應用。

練習1：已知水稻的抗病和感病是一對相對性狀，由A 和a 一對等位基因控制，粒多和粒少是另一對相對性狀，由B和b一對等位基因控制，現有一種不同基因型的水稻進行雜交，實驗結果如圖1所示。請回答下列問題：

（1）分別寫出水稻①、②、③的基因型。

（2）為確定實驗2子代中一株抗病粒多水稻是否為純合子，請設計合理的實驗方案。

4 發展高階思維

深度學習重視高階思維能力培養，高階思維是指發生在較高認知水平的心智活動或認知能力。在當今國際公認的21世紀高階思維能力包括了批判性思維、問題解決、創新能力和開放性視野。

4.1問題作驅動

高階思維的培養需要高階學習的支持，而高階學習的進行必須以高階問題和學習任務為驅動，促進學生積極思考分析、深化科學思維，提高學生運用所學知識解決問題的能力。例如通過材料1，隨著學生尋求驅動性問題答案同時，科學素養的整合性理解得以發展。

材料1：1970年袁隆平團隊在海南發現了一株雄性不育的野生稻并將它命名為“野敗”。為三系雜交水稻的研究成功打開了突破口。“野敗”為什么是三系雜交水稻研發的重大突破口？學生帶著疑惑，在問題串的引導下重新經歷雜交水稻研發之路：（1）植物雜交基本步驟如何？（2）大規模水稻雜交為什么那么困難？（3）栽培稻雄性不育為何失敗？（4）野敗為何成功？

4.2搭建手腳架

具挑戰性的學習任務，能激發學生的學習欲望。在學生現有水平和較高水平之間，形成一個“最近發展區”。在此區域為學生搭建手腳架，幫助學生更好的往上攀爬，實現深度學習。例如：（1）分析學生現有知識水平，包括基因的分離和自由組合規律以及細胞核、質基因遺傳規律等。（2）提出富有挑戰性的知識水平，即關聯基礎知識，解決真實三系雜交水稻相關問題，實現知識綜合、遷移、解決實際問題的能力提升，如練習2。（3）搭建手腳架：三系雜交水稻中的不育系、保持系、恢復系的介紹。

練習2：水稻的細胞核和細胞質中都含有決定雄蕊是否可育的基因，細胞核基因為 RR、Rr、rr；細胞質基因為 N、S。其中細胞核中的不育基因用r 表示，可育基因用R表示，且R對r為顯性；細胞質中的不育基因用 S表示，可育基因用N表示。上述四種基因的關系中，R 能夠抑制 S 的表達；當細胞質基因為 N 時，植株都表現為雄性可育。

①基因 R、r 和 N、S（填“遵循”或“不遵循”）基因自由組合定律，原因。

②植株S（Rr）自交后代的表型及其比例是。

③在利用雄性不育水稻培育雜交種的過程中，科學家首先遇到的問題就是雄性不育系的自身留種問題。他們最終選擇基因型為S（rr）（不育系）的植株做母本，基因型為N（rr）（保留系）的植株做父本，最終得以保留雄性不育的水稻。請用遺傳圖解的形式表示該過程。

4.3關聯與創新

根據學習活動去聯想、調動、激活以往的經驗，以融會貫通的方式對碎片化知識進行組織，從而構建自己的知識結構。運用構建的知識關聯到社會和生活中，使學習更有深度和廣度。例如：利用材料2，結合所學生物學知識，以4人小組為單位自編題目作為課后作業。學生在自編題目的過程不僅要將背景材料與核心概念建立關聯，還要保證題目的科學性、邏輯性。

材料2：“海水稻”是一種耐鹽堿的水稻，可以在海邊海水滲透的鹽堿地種植，也不懼海水的短期浸泡。“海水稻”的灌溉用水可以使用半咸水，能夠節約淡水資源；海水稻能改善生態環境，水稻的種植不但能調節土壤鹽堿度，還能提高土壤活性；由于鹽堿地中微量元素較高，“海水稻”礦物質含量比普通稻要高；“海水稻”在條件惡劣的鹽堿地生長，很少會患普通稻的病蟲害，基本不需要農藥，因此是天然的綠色有機食品。

以小組為單位討論并編制題目，激發學生對資料內容認真解讀的興趣，對“海水稻”的研發價值和意義，有了更深理解。完成了資料素材與過往知識的關聯，并實現遷移與創新。命題過程是學生對教材的再學習，對重點、難點和疑點的再認識過程。

5 重視合作交流

實現深度學習，需要讓學生致身于真實情境、開放的任務活動中解決各種陌生而復雜的問題，不斷深度地思考與討論。如在本課中設計實驗方案、寫三系雜交水稻相關的遺傳圖解、結合素材自命題等都是先獨立思考，接著是見解與主張的提出、小組討論的進行，最后是全班結論的歸納。

6 教學評價與思考

持續性評價是深度學習不可或缺的一部分，它融合在所有的教育活動和教學過程中。評價應該關注學生在真實情境下所表現出具體的技能和素養，包括呈現具有生物學原理的真實情境設計實施并解決問題的能力，與同學和諧相處順利溝通協同合作完成既定任務等。評價應與教學目標相關聯，如正確的科學觀和價值觀是否得以養成，科學思維、科學探究和解決實際問題能力是否得到發展等。

實現深度學習的關鍵要點包括：確立學習主題和素養目標；選擇情境素材實施情境化學習；發展高階思維，重視批判性思維、解決實際問題、創新能力培養；重視學生合作學習，交流互動；教學評價側重核心素養目標的達成度，實現“目標-過程-評價”一致性。深度學習對知識不僅要辨析和記憶，更重要的是遷移和深化，最終實現在復雜情境中解決問題的能力提升。通過主動學習和批判性學習來達到深度參與和理解的學習方式，可以提高課堂教學效率，為提升高中學生生物學學科核心素養提供了有效途徑。